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射频芯片电路设计中的最大年夜电气额定值和CAD Layout对象_电流_结构

神尊大人 2024-11-15 18:01:06 0

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图1、最大金属电流密度表,单位金属宽度(以微米为单位)能够流过的最大电流(单位为:毫安)

图2、放大器布局(HBT晶体管,a=3)

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图3、大略反馈放大器布局示例的布局细节,显示互连的金属线以及M1-to-M2之间的过孔(Vias)

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(图片来自网络侵删)

金属迁移可以通过以下办法来理解。
参考图4,我们可以想象,载流导体就像一条有沙底的水流。
我们把水和流动的电荷流联系起来,这类比是电流,而小溪底部的沙子和导体晶格位置上的原子联系起来。
随着水流的更快流动,沙子被快速流动的水从底部卷起来,并且会不才游沉积起来。
这一过程在河床中创造出了一系列的洞(据所有渔民所知,这些洞为鳟鱼和其他游鱼创造了良好的安歇家园),在那里,流水已经挖出了沙子和沙条,同时它们被流水带到下贱沉积,在那里涌现了沙子的堆积。
同样类似的,导体内晶格位置上的一些金属原子从晶格内的位置上脱落,并通过流动的电荷蒸汽向“下贱”运送,形成电流, 就像水的蒸汽一样,在大量原子被排出的地方形成了空穴,原子的积累形成了“下贱”空穴,那些被排挤出来的原子在那里安歇。
可靠性的危险来自于这些空穴,个中导体的宽度因原子被从它们的晶格位置“铲出”而涌现了局部减小的征象。
这些区域的金属“瑞士奶酪”相对付导体的未受影响部分的电阻率提高了。
热可以在导体内的这些“弱点”发生局部累积;随着韶光的推移,有了足够的电流,局部温升就足以导致故障。
因此,所有的芯片Foundries(代工)都在其设计规则中供应了每个导体层的最大直流电流密度列表,就像图4.43中给出的表一样。
这个设计规则中已经包含了一个安全系数。
因此,为了设计出一个可靠的器件,设计者所须要做的便是不雅观察设计中所有导体的最大电流密度。
有时,问题每每涌如今最大电流密度小于导线的最大电流密度的电阻中,而且也会涌如今螺旋电感中,由于螺旋电感常日须要携带功率放大器所需的大集电极电流。
在电阻器的情形下,这个问题常日可以通过大略地增加电阻器的宽度和利用电阻率方程来重新打算电阻器的长度来办理。
而相对来说,螺旋电感更难处理这种电流极限。
直接的方法只是增加电感的宽度,直到涌现电流密度限定。
这种方法的问题是,它常常导致一个非常大尺寸的电感设计,它可以成为整体RFIC的一个面积驱动器。
另一种该当考虑的但并不总是实用的办理方案是将携带大电流的扼流圈电感放在片外。
已经有许多精良的表面贴装技能(SMT)电感存在,这些电感霸占很小的在板空间并能携带高直流电流。
设计师将须要逐案剖析,并作出终极的决定。
晶体管单元也有基于可靠性考虑的电流限定。
这些限定是如上文所谈论的基于金属迁移的考虑,以及由于功耗而引起的自热影响的考虑。
射频集成电路晶体管的终极可靠性是温度、韶光和电流的繁芜函数。
大多数芯片代工厂会对其IC晶体管进行广泛的寿命测试,以确保它们能知足客户在这方面的需求。
对付设计职员来说,熟习所选芯片代工厂发布的最新可靠性测试也是非常主要的。

图4、描述了在载流金属线中发生的金属迁移过程的图示

RFIC的Layout布局CAD工具

一个CAD布局系统是RFIC设计布局中所绝对须要的。
许多设计师自己做布局,而其他设计师则依赖内部其它部门或者专学临盆高质量IC布局的公司的做事。
您是自己做布局还是利用其它部门或者公司的做事,这在很大程度上取决于您的组织是如何开展业务的。
这两种方法都可以见效。
如果你自己做这项事情,你将有必要为此目的得到适当的设计工具。
虽然布局可以在任何CAD软件上产生,许可多个重叠层(如AutoCAD®),更可取的做法是利用专门为IC布局开拓的工具集, 这些工具集精良,但非常昂贵,布局工具包可从 Cadence Design或者Mentor Graphics等公司那里买到。

图5、改动的放大器仿真事理图,包括所有的寄生单元

图6、仿真结果

图7、考虑寄生参数的布局电气模型的详细图示

一样平常来说,一旦设计师有了一套IC布局工具的履历,就很随意马虎在另一种工具上快速上手。
这是由于IC布局中利用的大多数布局功能对所有的工具来说都是通用的,而转换到另一个工具集所需的只是学习如何在新环境中利用这些功能。

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